燃煤電廠煙塵超低排放技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展

1、PAGE PAGE 13燃煤電廠煙塵超低排放技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展綜述了現(xiàn)有煙塵超低排放技術(shù),將現(xiàn)有煙塵超低排放技術(shù)分為一次除塵技術(shù)和深度除塵技術(shù)兩種,其中一次除塵技術(shù)包括靜電除塵技術(shù)、袋式除塵技術(shù)和電袋復(fù)合除塵技術(shù),深度除塵技術(shù)包括脫硫除塵一體化技術(shù)和濕式電除塵技術(shù),并指出現(xiàn)有煙塵超低排放技術(shù)是一次除塵技術(shù)和深度除塵技術(shù)的高效組合?，F(xiàn)有煙塵超低排放組合路線分別為以濕式電除塵技術(shù)、脫硫除塵一體化技術(shù)、電袋復(fù)合除塵技術(shù)為核心3種。此外,通過分析得出,煙塵超低排放面臨的主要問題是優(yōu)化運(yùn)行和準(zhǔn)確測量兩個(gè)方面,短期內(nèi)需針對缺陷進(jìn)行優(yōu)化,長期應(yīng)開發(fā)低能耗、高效能的除塵技術(shù)。截止2015年底全國火電裝機(jī)容量達(dá)

2、100554萬kW,占總發(fā)電裝機(jī)容量的65.9%,總發(fā)電量42307108kW時(shí),占發(fā)電量的73.7%。在未來相當(dāng)長的一段時(shí)間里,我國以燃煤發(fā)電為主的電力供應(yīng)格局不會發(fā)生根本改變,煤炭仍是我國的主體能源。燃煤發(fā)電過程中會排放大量的污染物。圖1描述了近三年各行業(yè)污染物排放量所占比例2。從圖1中可以看到,2014年火電行業(yè)SO2排放量占全年總排放量的34.61%,NOx排放量占全年總排放量的37.69%,煙塵排放量占全年總排放量的13.53%。通過對比可以看出,燃煤電廠污染物排放所占比例雖然有所降低,但仍占據(jù)很高的份額,因此,燃煤電廠仍是我國大氣中各種污染物的重要排放源。與此同時(shí),目前國內(nèi)大氣污染

3、形勢嚴(yán)峻:據(jù)統(tǒng)計(jì),2015年全國338個(gè)地級以上城市中,有73個(gè)城市環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo),占21.6%;265個(gè)城市環(huán)境空氣質(zhì)量超標(biāo),占78.4%。為了防治大氣污染,國家加大對燃煤電廠污染物排放治理力度,相繼出臺一系列政策法規(guī),如火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB132232011)、煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃(20142020年)、全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案等,最新政策要求,東部、中部、西部省份分別于2017年、2018年、2020年前完成全部燃煤機(jī)組的超低排放改造,即在基準(zhǔn)氧含量6%的條件下,煙塵、SO2、NOx排放濃度分別不高于10mg/m3、35mg/m3和50mg/m3。

4、自超低排放政策發(fā)布后,燃煤機(jī)組超低排放改造進(jìn)展迅速,據(jù)統(tǒng)計(jì),2015年全國已完成超低排放改造量約1.4108kW,2016年計(jì)劃實(shí)施超低排放改造約2.6108kW。在眾多超低改造工程中,煙塵達(dá)標(biāo)排放改造難度最大。同時(shí),在已完成煙塵超低改造的燃煤電廠中,其運(yùn)行過程中浮現(xiàn)出眾多問題。本文作者對現(xiàn)有煙塵超低排放技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用情況進(jìn)行概述,總結(jié)技術(shù)應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題,為燃煤電廠煙塵超低排放技術(shù)的優(yōu)化提供參考。1超低排放技術(shù)國外沒有超低排放的概念,如表1所示為部分國家燃煤電廠煙塵排放濃度比較,中國要求燃煤電廠煙塵排放濃度低于10mg/m3,而電廠普遍煙將塵排放濃度控制在5mg/m3以下,遠(yuǎn)低于美國、日

5、本等相關(guān)國家允許煙塵排放濃度,因此缺乏國外相關(guān)超低排放技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。國內(nèi)煙塵超低排放技術(shù)沒有取得重大突破,是現(xiàn)有除塵技術(shù)的提效和組合。如圖2所示,現(xiàn)有煙塵超低排放技術(shù)是一次除塵技術(shù)和深度除塵技術(shù)的組合,一次除塵技術(shù)能去除大部分粉塵,但不能達(dá)標(biāo)排放或達(dá)標(biāo)代價(jià)較高,包括靜電除塵技術(shù)、袋式除塵技術(shù)和電袋復(fù)合除塵技術(shù)3種,其中傳統(tǒng)靜電除塵技術(shù)對粗顆粒的捕集效率可高達(dá)99.9%以上,但對以亞微米為主的細(xì)顆粒的捕集效率較低,因此發(fā)展出靜電除塵技術(shù)的增效技術(shù),包括低低溫靜電除塵技術(shù)、高頻電源技術(shù)和旋轉(zhuǎn)電極靜電除塵技術(shù);深度除塵技術(shù)在一次除塵的基礎(chǔ)上進(jìn)一步除塵,使煙塵達(dá)標(biāo)排放,包括脫硫除塵一體化技術(shù)(包含SP

6、C-3D)和濕式靜電除塵技術(shù)兩種。1.1一次除塵技術(shù)1.1.1靜電除塵技術(shù)(1)低低溫靜電除塵技術(shù)低低溫靜電除塵技術(shù)是指在靜電除塵器前布置低溫省煤器,使除塵器入口煙溫由常規(guī)的120160降低至酸露點(diǎn)以下的低低溫狀態(tài)(100內(nèi),一般在8595),據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道10,低低溫靜電除塵技術(shù)可將煙塵排放濃度控制在20mg/m3以內(nèi)。低低溫靜電除技術(shù)的本質(zhì)是煙氣調(diào)質(zhì),主要通過兩方面起到除塵增效作用:降低煙氣溫度,可降低粉塵比電阻,減小煙氣體積流量,提高擊穿電壓;煙氣溫度降低到酸露點(diǎn)以下,SO3在細(xì)顆粒表面冷凝,增強(qiáng)了細(xì)顆粒表面的導(dǎo)電性,促進(jìn)了細(xì)顆粒的團(tuán)聚長大。但是此技術(shù)應(yīng)用會造成電除塵器二次揚(yáng)塵增加、低溫?fù)Q熱

7、器及電除塵器的酸腐蝕、灰的流動性降低和脫硫系統(tǒng)的水平衡改變等不良影響。(2)旋轉(zhuǎn)電極靜電除塵技術(shù)旋轉(zhuǎn)電極靜電除塵技術(shù)是將除塵器的電場分為前級固定和后級旋轉(zhuǎn)的兩部分電極電場,其中陽極部分設(shè)置回轉(zhuǎn)陽極板并采用旋轉(zhuǎn)清灰刷清灰,當(dāng)粉塵與旋轉(zhuǎn)的陽極板運(yùn)動到非收塵區(qū)域后,被正反旋轉(zhuǎn)的一對清灰刷刷除。旋轉(zhuǎn)電極靜電除塵技術(shù)的本質(zhì)是極板的改造,主要目的是減少二次揚(yáng)塵,同時(shí)可清除高比電阻、黏性煙塵,避免反電暈現(xiàn)象,但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,易發(fā)生故障,系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性較差。(3)高頻電源技術(shù)高頻電源技術(shù)是采用整流橋?qū)⒐ゎl電源整流成約530V的直流電源,再通過逆變電路變成20kHz以上的高頻交流電源,然后經(jīng)高頻變壓器升壓,再

8、通過高頻整流器進(jìn)行整流濾波,形成40kHz以上的高頻電流。高頻電源技術(shù)的本質(zhì)是靜電除塵器電源改造,與工頻電源相比,高頻電源提高了供電電壓和電流,增大了電功率的輸入,提高了煙塵荷電量和場強(qiáng),從而提高了除塵效率。某電廠靜電除塵器高頻電源改造后,煙塵排放濃度由改造前的42mg/m3降低至17mg/m3,減排效果明顯。目前燃煤電廠靜電除塵器的改造一般增加電場數(shù)量并進(jìn)行高頻電源改造,同時(shí)根據(jù)電廠的實(shí)際情況進(jìn)行煙氣調(diào)質(zhì)(低低溫靜電除塵技術(shù))或極板改造(旋轉(zhuǎn)電極靜電除塵技術(shù)),使煙氣進(jìn)入深度除塵裝置之前粉塵濃度降低至一定水平。1.1.2袋式除塵技術(shù)袋式除塵技術(shù)是利用纖維織物的攔截、慣性、擴(kuò)散、重力、靜電等協(xié)

9、同作用對含塵氣體進(jìn)行過濾的技術(shù)。袋式除塵器是一個(gè)過濾與清灰交替進(jìn)行的非穩(wěn)態(tài)過程:當(dāng)含塵氣體進(jìn)入袋式除塵器后,顆粒大、相對密度大的粉塵由于重力作用沉降并落入灰斗,含有細(xì)微粉塵的氣體在通過濾料時(shí)粉塵被截留,氣體得以凈化;隨著過濾的進(jìn)行,阻力不斷上升,需進(jìn)行清灰再生。目前袋式除塵技術(shù)布袋材料并未取得突破性進(jìn)展,為滿足煙塵超低排放的要求,需增加布袋數(shù)量,造成除塵器壓損增加、能耗提高。隨著廢棄布袋數(shù)量的增加,其無害化處置將是未來的難題。1.1.3電袋復(fù)合除塵技術(shù)電袋復(fù)合除塵技術(shù)是將電除塵的荷電除塵及袋除塵器的過濾機(jī)理有機(jī)結(jié)合的一種除塵技術(shù)。前級電場預(yù)收塵去除大部分粉塵同時(shí)對細(xì)顆粒物荷電并產(chǎn)生凝并,極細(xì)顆

10、粒物凝并形成大粒徑顆粒。電袋復(fù)合除塵技術(shù)包括一體式電袋除塵技術(shù)和分體式電袋除塵技術(shù)兩種。共同優(yōu)點(diǎn)為:不受煤、飛灰成分的影響,出口煙塵濃度低且穩(wěn)定,破袋對排放的影響小于袋式除塵器。共同缺點(diǎn)為:系統(tǒng)壓力損失較大,對煙氣溫度、煙氣成分較敏感,舊濾袋資源化利用率較小,設(shè)備費(fèi)用較高,年運(yùn)行費(fèi)用較高,經(jīng)濟(jì)性較差。一體式電袋除塵技術(shù)與分體式電袋除塵技術(shù)相比,占地面積較小,但不能在100%負(fù)荷下在線檢修。1.2深度除塵技術(shù)1.2.1濕式靜電除塵技術(shù)濕式電除塵技術(shù)與干式電除塵技術(shù)相比,工作原理基本相同,但濕式靜電除塵技術(shù)采用用水膜清灰方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的振打清灰。濕式電除塵技術(shù)除塵效率不受煙塵比電阻大小的影響,可有效

11、避免二次揚(yáng)塵和反電暈現(xiàn)象;同時(shí)煙塵在濕式電除塵器中除受靜電力和流體曳力外,還受熱泳力和液橋力的作用,提高了對細(xì)微粉塵的去除作用;此外,濕式電除塵器極板上形成的水膜會大幅度提高電除塵器內(nèi)的放電電流,細(xì)顆粒的荷電能力得到增強(qiáng)并進(jìn)一步提高脫除效率。雖然濕式靜電除塵技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)煙塵的低濃度排放,但沖洗排水回用于脫硫系統(tǒng)會改變脫硫系統(tǒng)的水平衡,同時(shí),含煙塵的沖洗水進(jìn)入脫硫系統(tǒng)會對漿液性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響,增加脫硫廢水的外排量。除此之外,濕式靜電除塵器建造和運(yùn)行費(fèi)用高,且極板和極線易腐蝕,極大限制了濕式靜電除塵器的推廣。1.2.2脫硫除塵一體化技術(shù)濕法脫硫系統(tǒng)出口粉塵由三部分組成:經(jīng)過脫硫塔洗滌、吸收后殘留

12、的粉塵,煙氣經(jīng)除霧器攜帶的含石膏、石灰石等固體顆粒的漿液液滴以及可溶性鹽。根據(jù)王琿等的研究表明,濕法脫硫出口煙氣中新增的石灰石與石膏顆粒分別占總顆粒物質(zhì)量的47.5%和7.9%。脫硫系統(tǒng)除塵效果與脫硫塔運(yùn)行狀況、除塵器排塵濃度和顆粒粒徑有關(guān),普遍認(rèn)為脫硫系統(tǒng)除塵效率可達(dá)50%,且濕法脫硫系統(tǒng)對超細(xì)顆粒物、SO3氣溶膠、有毒重金屬和石膏霧滴的脫除效果普遍較差。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,濕法脫硫系統(tǒng)對煙氣中總顆粒的去除效率為46%61.7%,對PM1的去除效率介于-12.61%-1.58%,對PM2.5的去除效率介于-2.02%8.50%之間,對PM10的去除效率介于42.63%58.68%之間。為了增強(qiáng)脫硫系

13、統(tǒng)的除塵效果,可以進(jìn)行以下兩方面的改造。(1)提高除霧器的除霧性能,減少煙氣對漿液的攜帶。(2)脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)兼顧脫硫效率和煙塵協(xié)同脫除效果,一般采取的措施為:提高吸收塔噴淋層漿液和噴嘴漿液覆蓋率、提高塔內(nèi)煙氣分布均勻度、采用高效霧化噴嘴、降低吸收塔煙氣流速、保證噴嘴入口壓力均勻等?；谏鲜鲈?目前國內(nèi)主要有以下兩種改造方式。(1)超凈脫硫除塵一體化技術(shù)(SPC-3D)這是一種旋匯耦合裝置、管束式除塵裝置、高效節(jié)能噴淋裝置的高效組合裝備,據(jù)測試結(jié)果顯示,當(dāng)靜電除塵器出口煙塵排放濃度30mg/m3時(shí),脫硫后布置管束式除塵器,則吸收塔出口煙塵排放濃度可降至5mg/m3以下。(2)高效除霧器優(yōu)化塔

14、內(nèi)吸收的同時(shí),將平板式除霧器更換為23級屋脊式除霧器或采用管式除霧器和屋脊式除霧器串聯(lián),據(jù)相關(guān)測試結(jié)果,除塵效率可提高30%;浙江某電廠經(jīng)過上述改造后,石膏液滴質(zhì)量濃度從32mg/m3降低至13mg/m3,脫除效果顯著。脫硫除塵一體化裝置建造和運(yùn)行費(fèi)用低,但工況變化對出口煙塵濃度影響大,穩(wěn)定性低于濕式靜電除塵器;此外,由于除霧器沖洗量增加,也會對脫硫系統(tǒng)的水平衡等產(chǎn)生影響。1.3超低排放技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀2015年11月至2016年2月,環(huán)保部對80家電廠、287臺燃煤機(jī)組進(jìn)行調(diào)研,其除塵技術(shù)的使用情況如圖3所示,調(diào)研機(jī)組采用的除塵技術(shù)以靜電除塵技術(shù)為主,共計(jì)186臺,占總調(diào)研數(shù)目的64.8%,且大

15、部分靜電除塵器(152臺機(jī)組)都進(jìn)行了增效改造,占總靜電除塵技術(shù)的81.7%。如圖4為截至2015年12月,部分除塵技術(shù)投運(yùn)及在建機(jī)組的裝機(jī)容量。從圖4可以看出,一次除塵技術(shù)中,低低溫靜電除塵技術(shù)應(yīng)用最為廣泛,裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到95000MW;深度除塵技術(shù)中,濕式電除塵技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛,裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到190000MW。目前典型的煙塵超低排放路線主要有:以濕式電除塵技術(shù)作為二次除塵的超低排放技術(shù)路線、以濕式脫硫協(xié)同除塵作為二次除塵的超低排放技術(shù)路線和以超凈電袋復(fù)合除塵為基礎(chǔ)不依賴二次除塵的超低排放技術(shù)路線,且根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況,其都實(shí)現(xiàn)了煙塵的超低排放。根據(jù)火電廠污染防治最佳可行性指南,煙塵超低排放

16、技術(shù)路線選擇如表2所示。注:一次除塵方式的選擇首先應(yīng)結(jié)合煤質(zhì)與灰的性質(zhì)判斷是否適合采用電除塵,如不適用則應(yīng)優(yōu)先選擇電袋復(fù)合除塵或袋式除塵;對于一次除塵就要求煙塵濃度小于10mg/m3或5mg/m3不依賴于二次除塵就實(shí)現(xiàn)超低排放的,宜優(yōu)先選擇電袋復(fù)合除塵器;一次除塵器出口煙塵濃度為3050mg/m3時(shí),二次除塵宜選用濕式電除塵器(WESP);一次除塵器出口煙塵濃度為1030mg/m3時(shí),二次除塵宜選用濕法脫硫(WFGD)協(xié)同除塵;表中數(shù)字表示技術(shù)適宜程度:0不適宜;1適宜;2較適宜;3最適宜。2煙塵超低排放技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展目前國內(nèi)已有大量燃煤機(jī)組完成了超低排放改造,對于煙塵超低排放而言,其技術(shù)現(xiàn)狀

17、及發(fā)展如圖5所示,煙塵超低排放面臨的主要問題是運(yùn)行優(yōu)化和煙塵測量。(1)運(yùn)行優(yōu)化煙塵控制來源于多種技術(shù)的協(xié)同,不同除塵技術(shù)除塵效率和能耗都有所不同,因此需優(yōu)化各技術(shù)除塵效率分配,達(dá)到實(shí)現(xiàn)煙塵超低排放的同時(shí)降低能源消耗。(2)煙塵測量目前,燃煤機(jī)組排放煙塵的測量是按照HJ/T762007國家污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法采用在線監(jiān)測(煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng),CEMS),并在實(shí)驗(yàn)室稱重校核的方式進(jìn)行的,實(shí)現(xiàn)了對污染物排放數(shù)據(jù)的監(jiān)督和管理,但是面臨以下問題。現(xiàn)有在線連續(xù)監(jiān)測煙塵濃度測定儀普遍未經(jīng)過校準(zhǔn),個(gè)別校準(zhǔn)確定的關(guān)系式無法使用。HJ/T762007國家污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要

18、求及檢測方法制定了煙塵CEMS比對的方法,規(guī)定當(dāng)顆粒物排放濃度50mg/m3時(shí),絕對誤差不超過15mg/m3時(shí),煙塵儀在測量精度在額定范圍,無需校準(zhǔn),顯然不適用于煙塵超低排放機(jī)組CEMS的校對。此外,CEMS測點(diǎn)布置不均勻也會對煙塵的測量產(chǎn)生很大的影響。現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)煙塵的測量普遍采用稱重法,采樣依據(jù)為GB/T16157固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法,但不適用于顆粒物濃度低于50mg/m3的情況。目前,參考國外低濃度采樣標(biāo)準(zhǔn),中國開始制定自己的低濃度采樣標(biāo)準(zhǔn),并發(fā)布了固定污染源廢氣低濃度顆粒物測定重量法(征求意見稿),此方法采用膜法測量,檢測限為1mg/m3。該方法測量結(jié)果受實(shí)驗(yàn)員操作水平影響較大,且在某些電廠排放濃度低于1mg/m3的背景下,煙塵準(zhǔn)確測量的難度很大,需要進(jìn)一步驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確度。此外,河北省